Jump to content

N -связанный гликозилирование

(Перенаправлен из N-гликана )
Различные типы липидных олигосахаридных (LLO) предшественника, продуцируемых в разных организмах.

N -связанный гликозилирование -это прикрепление олигосахарида , углеводов, состоящего из нескольких молекул сахара, иногда также называемых гликаном , к атому азота ( амидный азот азота аспарагина ( ASN) белка ) , в процессе N -Glycosylation , изученная в биохимии . [ 1 ] Полученный белок называется N-связанным гликаном или просто N-гликаном .

Этот тип связи важен для обеих структур [ 2 ] и функция [ 3 ] многих эукариотических белков. процесс N -связанный гликозилирования происходит у эукариот и широко в археи , но очень редко у бактерий . Природа N -связанных гликанов, прикрепленных к гликопротеину, определяется белком и клеткой, в которой он экспрессируется. [ 4 ] Это также варьируется по видам . Различные виды синтезируют различные типы n -связанного гликана.

Энергетика формирования облигаций

[ редактировать ]

Существует два типа связей, связанных с гликопротеином: связи между остатками сахаридов в гликане и связи между цепью гликана и молекулой белка.

Сахарные фрагменты связаны друг с другом в цепи гликана через гликозидные связи . Эти связи обычно образуются между углеродами 1 и 4 молекул сахара. Образование гликозидной связи является энергетически неблагоприятно, поэтому реакция связана с гидролизом двух молекул АТФ . [ 4 ]

С другой стороны, прикрепление остатка гликана к белке требует распознавания консенсусной последовательности . N -связанные гликаны почти всегда прикрепляются к атому азота боковой цепи аспарагина (ASN), которая присутствует как часть консенсусной последовательности ASN -X -Ser / THR , где x представляет собой любую аминокислоту, кроме пролина (Pro). [ 4 ]

В клетках животных гликан, прикрепленный к аспарагину, почти неизбежно N -ацетилглюкозамин (GLCNAC) в β -конфигурации. [ 4 ] Эта β-связь аналогична гликозидной связи между сахарными фрагментами в структуре гликана, как описано выше. Вместо того, чтобы прикрепляться к гидроксильной группе сахара, аномерный атом углерода прикреплен к амидному азоту. Энергия, необходимая для этой связи, исходит от гидролиза молекулы пирофосфата . [ 4 ]

Биосинтез

[ редактировать ]
Путь биосинтеза N -связанных гликопротеинов: синтез N -связанного гликана начинается в эндоплазматическом ретикулуме, продолжается в Гольджи и заканчивается на плазматической мембране, где N -связанные гликопротеины либо секретируются, либо вводятся в плазматическую мембрану.

Биосинтез N -связанных гликанов происходит через три основных шага: [ 4 ]

  1. Синтез долихол-связанного предшественника олигосахарида
  2. En bloc перенос предшественника олигосахарида в белок
  3. Обработка олигосахарида

Синтез, перенос блока и начальная обрезка олигосахарида предшественника происходит в эндоплазматической ретикулуме (ER). Последующая обработка и модификация олигосахаридной цепи проводится в аппарате Гольджи .

Таким образом, синтез гликопротеинов пространственно разделяется в различных клеточных компартментах. Следовательно, тип синтезированного N -гликана зависит от его доступности к различным ферментам, присутствующим в этих клеточных компартментах.

Однако, несмотря на разнообразие, все N -гликаны синтезируются через общий путь со структурой гликана общего ядра. [ 4 ] Структура ядра гликана по существу состоит из двух н -ацетил глюкозамин и трех ненормальных остатков. Этот основной гликан затем разрабатывается и модифицируется дальше, что приводит к разнообразному диапазону n -гликановых структур. [ 4 ]

Синтез предшественника олигосахарида

[ редактировать ]

Процесс n -связанного гликозилирования начинается с образования долихол -связанного сахара GLCNAC. Долихол - это липидная молекула, состоящая из повторяющихся изопрена единиц . Эта молекула найдена прикрепленной к мембране ER. Молекулы сахара прикрепляются к долихолу через пирофосфатную связь [ 4 ] (Один фосфат был первоначально связан с Долихолом, а второй фосфат поступил из нуклеотидного сахара). Цепь олигосахаридов затем расширяется через добавление различных молекул сахара поэтапным образом, образуя олигосахарид -предшественника.

Сборка этого олигосахарида -предшественника происходит в двух фазах: фаза I и II. [ 4 ] Фаза I происходит на цитоплазматической стороне ER, а фаза II происходит на люминальной стороне ER.

Молекула предшественника, готовая к переносу в белок, состоит из двух GLCNAC, девяти маннозы и трех глюкозы молекул .

Пошаговый синтез олигосахарида предшественника в просвете ER во время n- связанного гликозилирования: диаграмма иллюстрирует стадии, происходящие как в фазе I, так и в фазе II, как описано в таблице.
Фаза i
Шаги
Расположение
Цитоплазматическая сторона
В этот момент гликан, связанный с липидами, транслоцируется через мембрану, что делает его доступным для ферментов в просвете эндоплазматического ретикулума. Этот процесс транслокации по -прежнему плохо изучен, но предполагается, что он выполняется ферментом, известным как Flippase .
Фаза II
  • Растущий гликан обнажится на светильной стороне мембраны ER и добавляется последующие сахара (4 маннозы и 3 глюкозы). DOL-P-Man-это донор остатка из марок (формация: DOL-P + GDP-Man → DOL-P-Man + GDP), а DOL-P-GLUC-донор остатка глюкозы (Формирование: DOL-P + UDP-GLC → DOL-P-GLC + UDP).
  • Эти дополнительные сахара транспортируются в просвет от цитоплазмы ER посредством прикрепления к молекуле Долихола и последующей транслокации в просвет с помощью фермента флиппазы. (Различные долихолы в мембране используются для перемещения нескольких сахаров одновременно).
  • Продукт: Dolichol - Glcnac 2 –man 9 –glc 3
Люминальная сторона

Передача гликана в белок

[ редактировать ]

После того, как предшественник олигосахарид образуется, завершенный гликан передается в зарождающийся полипептид в просвете мембраны ER. Эта реакция обусловлена ​​энергией, высвобождающейся от расщепления пирофосфатной связи между молекулой долихол-гликана. Есть три условия для выполнения до того, как гликан будет перенесен в зарождающийся полипептид: [ 4 ]

  • Аспарагин должен быть расположен в определенной консенсусной последовательности в первичной структуре (ASN -X -SER или ASN -X -TTHR или в редких случаях ASN -X -CYS). [ 5 ]
  • Аспарагин должен быть расположен соответствующим образом в трехмерной структуре белка (сахара представляют собой полярные молекулы и, следовательно, должны быть прикреплены к аспарагину, расположенному на поверхности белка, а не похоронен в белке)
  • Аспарагин должен быть обнаружен в просветной стороне эндоплазматического ретикулума для N -связанного гликозилирования. Остатки мишени либо обнаружены в секреторных белках, либо в областях трансмембранного белка , которые сталкиваются с просветом.

Олигосакхарилтрансфераза - это фермент, ответственный за распознавание консенсусной последовательности и переноса гликана предшественника в акцептор полипептида, который транслируется в просвете эндоплазматического ретикулума. N -связанное гликозилирование, следовательно, является совместным событием

Обработка гликана

[ редактировать ]
Гликановая обработка в ER и Golgi.

N -гликановая обработка проводится в эндоплазматической ретикулуме и теле Гольджи. Первоначальная обрезка молекулы -предшественника происходит в ER, а последующая обработка происходит в Гольджи.

После переноса завершенного гликана на зарождающийся полипептид два остатка глюкозы удаляются из структуры. Ферменты, известные как гликозидазы, удаляют некоторые остатки сахара. Эти ферменты могут нарушать гликозидные связи с помощью молекулы воды. Эти ферменты представляют собой экзогликозидазы, так как они работают только на моносахаридных остатках, расположенных в необработанном конце гликана. [ 4 ] Считается, что этот начальный этап обрезки выступает как этап контроля качества в ER для мониторинга складывания белка .

Как только белок сложен правильно, два остатка глюкозы удаляются глюкозидазой I и II. Удаление последнего третьего остатка глюкозы сигнализирует о том, что гликопротеин готов к транспортировке от ER в цис -Гольджи. [ 4 ] ER Mannosidase катализирует удаление этой последней глюкозы. Однако, если белок не сложен должным образом, остатки глюкозы не удаляются, и поэтому гликопротеин не может покинуть эндоплазматический ретикулум. Белок шаперона ( кальнексин / кальретикулин ) связывается с развернутым или частично сложенным белком, чтобы помочь складыванию белка.

Следующий шаг включает дальнейшее добавление и удаление остатков сахара в цис-Гольджи. Эти модификации катализируются гликозилтрансферазами и гликозидазами соответственно. В цис -Гольджи серия маннозидаз удаляет некоторые или все четыре остатки маннозы в α -1,2 связях. [ 4 ] Принимая во внимание, что в медиальной части гольджи гликозилтрансферазы добавляют остатки сахара в структуру гликана ядра, что приводит к трем основным типам гликанов: высокие маннозы, гибридные и сложные гликаны.

Три основных типа гликанов.
  • По сути, высокий манноза -это всего лишь два н -ацетилглюкозамина с множеством остатков маннозы, часто почти столько же, сколько и в олигосахаридах -предшественниках, прежде чем он будет прикреплен к белке.
  • Сложные олигосахариды названы так, потому что они могут содержать практически любое количество других типов сахаридов, включая больше, чем два первоначальных N -ацетилглюкозамина.
  • Гибридные олигосахариды содержат ненужные остатки на одной стороне ветви, а на другой стороне -ацетилглюкозамин инициирует сложную ветвь.

Порядок добавления сахаров к растущим гликановым цепям определяется субстратными спецификами ферментов и их доступом к субстрату при прохождении через секреторный путь . Таким образом, организация этого механизма внутри ячейки играет важную роль в определении того, какие гликаны производятся.

Ферменты в Гольджи

[ редактировать ]

Ферменты Гольджи играют ключевую роль в определении синтеза различных типов гликанов. Порядок действия ферментов отражен в их положении в стеке Гольджи:

Ферменты Расположение в Гольджи
Манносидаза i цис -Гольджи
GLCNAC TRANSFERASES Медиал Гольджи
Галактозилтрансфераза и сиалилтрансфераза Транс -Гольджи

В археи и прокариотах

[ редактировать ]

Подобный путь биосинтеза N -Гликана был обнаружен в прокариотах и ​​археи. [ 6 ] Однако по сравнению с эукариотами окончательная структура гликана в Eubacteria и Archaea, по -видимому, не сильно отличается от первоначального предшественника, сделанного в эндоплазматической ретикулуме. У эукариот оригинальный олигосахарид предшественника широко модифицируется на пути к клеточной поверхности. [ 4 ]

N -связанные гликаны имеют внутренние и внешние функции. [ 4 ] [ 7 ]

Внутри иммунной системы N -связанные гликаны на поверхности иммунной клетки помогут диктовать, что миграционная схема клетки, например, иммунные клетки, которые мигрируют на кожу, имеют специфические гликозилирования, которые предпочитают домашнее обучение на этом сайте. [ 8 ] Паттерны гликозилирования на различных иммуноглобулинах, включая IgE, IGM, IGD, IGA и IgG, дарят им уникальные эффекторные функции, изменяя их аффинность для FC и других иммунных рецепторов. [ 8 ] Гликаны также могут быть вовлечены в «самостоятельно» и «не самоотраскую», которая может иметь отношение к патофизиологии различных аутоиммунных заболеваний. [ 8 ]

Функции n -связанных гликанов
Внутренний
  1. Обеспечивает структурные компоненты клеточной стенке и внеклеточного матрикса.
  2. Модифицировать свойства белка, такие как стабильность и растворимость [ 9 ] (более стабильная до высокой температуры, рН и т. Д.).
  3. Защищает белки от агрегации. [ 10 ]
Внешний
  1. Направляет торговлю гликопротеинами.
  2. Опросноживает передачу сигналов клеток (клеточные взаимодействия и клеточная матрица).

В некоторых случаях взаимодействие между N-гликаном и белком стабилизирует белок с помощью сложных электронных эффектов. [ 11 ]

Клиническое значение

[ редактировать ]

Изменения в n -связанном гликозилировании были связаны с различными заболеваниями, включая ревматоидный артрит , [ 12 ] диабет 1 типа , [ 13 ] Болезнь Крона , [ 14 ] и рак. [ 15 ] [ 16 ]

Мутации в восемнадцати генах, участвующих в N -связанном гликозилировании, приводят к различным заболеваниям, большинство из которых связаны с нервной системой . [ 3 ] [ 16 ]

Важность в терапевтических белках

[ редактировать ]

Многие терапевтические белки на рынке являются антителами , которые представляют собой N -связанные гликопротеины. Например, этанерцепт , инфликсимаб и ритуксимаб являются N -гликозилированными терапевтическими белками.

Разница между гликаном, продуцируемым людьми и клетками животных. В клетках человека не хватает крышки Neu5GC.

Важность N -связанного гликозилирования становится все более очевидной в области фармацевтических препаратов . [ 17 ] Хотя системы производства бактериальных или дрожжевых белков имеют значительные потенциальные преимущества, такие как высокий выход и низкая стоимость, возникают проблемы, когда интересующий белок представляет собой гликопротеин. Большинство прокариотических систем экспрессии, такие как E. coli, не могут выполнять посттрансляционные модификации . С другой стороны, эукариотическая экспрессия, такие как дрожжи и клетки животных, имеют различные паттерны гликозилирования. Белки, продуцируемые в этих экспрессии -хозяевах, часто не идентичны белкам человека и, таким образом, вызывают иммуногенные реакции у пациентов. Например, S.Cerevisiae (дрожжи) часто производят гликаны с высоким уровнем маннозы, которые являются иммуногенными.

Нечеловеческие системы экспрессии млекопитающих, такие как CHO или клетки NS0, имеют механизм, необходимый для добавления сложных гликанов человека. Однако гликаны, продуцируемые в этих системах, могут отличаться от гликанов, продуцируемых у людей, так как они могут быть ограничены как N -гликолилнейраминовой кислотой (NEU5GC), так и N -ацетилнейраминовой кислотой (NEU5AC), тогда как клетки человека продуцируют только гликопротеины, содержащие N -ацетилнеураминическую кислоту. Кроме того, клетки животных также могут продуцировать гликопротеины, содержащие эпитоп галактозы-альфа-1,3-галактозы , который может вызвать серьезные аллергенные реакции, включая анафилактический шок , у людей, обладающих аллергией на альфа-гал .

Эти недостатки были рассмотрены несколькими подходами, такими как устранение путей, которые производят эти гликан -структуры с помощью генетических нокаутов. Кроме того, другие системы экспрессии были генетически спроектированы для производства терапевтических гликопротеинов с человеческими гликанами, похожими на человеку . К ним относятся дрожжи, такие как Pichia pastoris , [ 18 ] Линии клеток насекомых, зеленые растения, [ 19 ] и даже бактерии.

Смотрите также

[ редактировать ]
  1. ^ «Гликозилирование» . Uniprot: белковая последовательность и функциональная информация .
  2. ^ Imperiali B, O'Connor SE (декабрь 1999 г.). «Влияние N -связанного гликозилирования на гликопептид и гликопротеиновую структуру». Современное мнение о химической биологии . 3 (6): 643–9. doi : 10.1016/s1367-5931 (99) 00021-6 . PMID   10600722 .
  3. ^ Jump up to: а беременный Паттерсон MC (сентябрь 2005 г.). «Метаболические мимики: расстройства n -связанного гликозилирования». Семинары по педиатрической неврологии . 12 (3): 144–51. doi : 10.1016/j.spen.2005.10.002 . PMID   16584073 .
  4. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж k л м не а п Drickamer K, Taylor Me (2006). Введение в гликобиологию (2 -е изд.). Издательство Оксфордского университета, США. ISBN  978-0-19-928278-4 .
  5. ^ Mellquist JL, Kasturi L, Spitalnik SL, Shakin-Eshleman SH (май 1998). «Аминокислота после последовательности ASN -X -SER/THR является важной детерминантой эффективности гликозилирования N -связанного ядра». Биохимия . 37 (19): 6833–7. doi : 10.1021/bi972217k . PMID   9578569 .
  6. ^ Dell A, Galadari A, Sastre F, Hitchen P (2010). «Сходства и различия в механизмах гликозилирования у прокариот и эукариот» . Международный журнал микробиологии . 2010 : 1–14. doi : 10.1155/2010/148178 . PMC   3068309 . PMID   21490701 .
  7. ^ Глиген. «Структивный словарь глигена гликана» . Глиген . Получено 1 апреля 2021 года .
  8. ^ Jump up to: а беременный в Maverakis E, Kim K, Shimoda M, Gersshwin ME, Patel F, Wilken R, et al. (Февраль 2015 г.). «Гликаны в иммунной системе и измененная теория аутоиммунитета гликана: критический обзор» . Журнал аутоиммунитета . 57 (6): 1–13. doi : 10.1016/j.jaut.2014.12.002 . PMC   4340844 . PMID   25578468 .
  9. ^ Синклер А.М., Эллиотт С. (август 2005 г.). «GlycoEngineering: влияние гликозилирования на свойства терапевтических белков». Журнал фармацевтических наук . 94 (8): 1626–35. doi : 10.1002/jps.20319 . PMID   15959882 .
  10. ^ «N-гликозилирование как эукариотический защитный механизм против агрегации белка» . Наука достижения . 10 (5). 2024. doi : 10.1126/sciadv.adk8173 . PMC   10830103 .
  11. ^ Ardejani, Maziar S.; Noodleman, Луи; Powers, Evan T.; Келли, Джеффри В. (2021-03-15). «Стереоэлектронные эффекты при стабилизации взаимодействия белка -N -гликана, выявленные в результате эксперимента и машинного обучения» . Природная химия . 13 (5): 480–487. doi : 10.1038/s41557-021-00646-w . ISSN   1755-4349 . PMC   8102341 . PMID   33723379 .
  12. ^ Накагава Х., Хато М., Такегава Ю., Дегучи К, Ито Х, Такахата М. и др. (Июнь 2007 г.). «Обнаружение измененных профилей N -гликана в всей сыворотке от пациентов с ревматоидным артритом». Журнал хроматографии б . 853 (1–2): 133–7. doi : 10.1016/j.jchromb.2007.03.003 . HDL : 2115/28276 . PMID   17392038 .
  13. ^ Бермингем М.Л., Коломбо М., МакГурнаган С.Дж., Блэкборн Л.А., Вучкович Ф., Пучич Бакович М. и др. (Январь 2018). « N -Glycan Profile и заболевание почек при диабете 1 типа» . Уход за диабетом . 41 (1): 79–87. doi : 10.2337/dc17-1042 . HDL : 20.500.11820/413DCE5A-E852-4787-AAC9-62C2C6D4389F . PMID   29146600 .
  14. ^ Trbojević Akmačić I, Ventham NT, Theodoratou E, Vučković F, Kennedy NA, Kriushtić J, et al. (Июнь 2015 г.). «Воспалительное заболевание кишечника связывается с провоспалительным потенциалом иммуноглобулина Glycome» . Воспалительные заболевания кишечника . 21 (6): 1237–47. doi : 10.1097/mib.0000000000000372 . PMC   4450892 . PMID   25895110 .
  15. ^ Kodar K, Stadlmann J, Klaamas K, Sergeyev B, Kurtenkov O (январь 2012 г.). «Иммуноглобулин G FC N -Гликановый профилирование у пациентов с раком желудка с помощью LC-ESI-MS: отношение к прогрессированию опухоли и выживаемости». Glycoconjugate Journal . 29 (1): 57–66. doi : 10.1007/s10719-011-9364-z . PMID   22179780 . S2CID   254501034 .
  16. ^ Jump up to: а беременный Chen G, Wang Y, Qin X, Li H, Guo Y, Wang Y, et al. (Август 2013). «Изменение гликозилирования IgG1 FC N -связанное с помощью гликозилирования при раке легких человека: диагностический потенциал, связанный с возрастом и полом». Электрофорез . 34 (16): 2407–16. doi : 10.1002/elps.201200455 . PMID   23766031 . S2CID   11131196 .
  17. ^ Dalziel M, Crispin M, Scanlan CN, Zitzmann N, Dwek RA (январь 2014 г.). «Новые принципы терапевтической эксплуатации гликозилирования». Наука . 343 (6166): 1235681. DOI : 10.1126/Science.1235681 . PMID   24385630 . S2CID   206548002 .
  18. ^ Гамильтон С.Р., Бобрович П., Бобрович Б., Дэвидсон Р.К., Ли Х, Митчелл Т. и др. (Август 2003 г.). «Производство сложных человеческих гликопротеинов у дрожжей». Наука . 301 (5637): 1244–6. doi : 10.1126/science.1088166 . PMID   12947202 . S2CID   38981893 .
  19. ^ Strasser R, Altmann F, Steinkellner H (декабрь 2014 г.). «Контролируемое гликозилирование производственных растений рекомбинантных белков». Текущее мнение о биотехнологии . 30 : 95–100. doi : 10.1016/j.copbio.2014.06.008 . PMID   25000187 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5e26cd70d431d6a0b4fb3c304ff19f79__1719333840
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/5e/79/5e26cd70d431d6a0b4fb3c304ff19f79.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
N-linked glycosylation - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)